대량 황폐기물로 신축성·자가치유 新소재 개발

화학연, 웨어러블 전자소자·적외선 광학소재 응용 기대

황 신소재 합성 공정<br><br>한국화학연구원 연구진은 황과 파라-디아이오도벤젠에 실리콘 오일을 첨가한 후 가열해 용융된 황과 파라-디아이오도벤젠을 얻었다. 이후 230℃에서 재가열한 후 질소가스를 흘려 넣어 효과적으로 요오드(I2)를 제거했다. 끝으로 처음에 첨가한 실리콘 오일을 제거하고, 황 고분자만 얻어냈다/자료=화학연

원유 정제과정에서 나오는 대량의 황폐기물이 환경문제로 떠오른 가운데, 국내 연구진이 황을 기반으로 한 신소재를 개발했다.

전 세계적으로 연간 황 생산량 6800만톤(t) 중 5%(340만톤) 가량이 폐기물로 축적되고 있다. 하지만 현재 마땅한 처리 방법이 없는 실정이다.

국내의 경우 중국에 황폐기물을 수출하고 있지만, 중국의 정유 산업 고도화로 인해 수출량이 점차 줄어들고 있어 향후 황폐기물 처리가 심각한 환경오염 문제로 대두될 가능성이 있다. 석유화학 부산물인 황을 활용한 고부가가치 화학소재 개발이 시급한 이유다.

이런 가운데 한국화학연구원 김용석·김동균 박사 연구팀이 황을 이용해 다기능성 고분자 신소재를 개발했다고 27일 밝혔다.

연구진은 황에 파라-디아이오도벤젠을 첨가하는 방법으로 다기능성 황 기반 고분자 소재를 합성했다.

한국화학연구원 김동균 박사(앞)와 이지목 박사과정 학생연구원(뒤)이 황 고분자 소재를 합성하고 있다/사진=화학연

이 신소재는 실험 결과, 필름 형태의 소재 양끝을 잡고 당길 때 길이가 늘어나는 비율인 연신율(신축성)이 최대 300%에 달했다. 그만큼 신축성이 뛰어나다.

또 흠집을 내고 자외선을 조사한지 5분이 지나자 스스로 원래 상태로 회복됐다. 자가 치유 특성도 갖췄다.

한 번 사용한 황 고분자 소재는 버리지 않고 다시 쓸 수 있다. 연구팀은 “잘게 부서진 필름형태의 소재를 고온에서 강한 압력으로 찍어내는 프레스 공정을 통해 원래 상태로 재활용할 수 있다”고 설명했다.


아울러 적외선을 투과할 수 있어 웨어러블(착용형) 전자소자나 적외선 카메라 렌즈 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구성과는 고분자 분야 국제학술지 ‘ACS 매크로 레터스’에 게재됐다.